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摘 要：为实现碳中和，世界各国正在全面推进可再生能源的进一步普及、出行方式的电动化以及工厂等的CO2减排。而实现这些的关键在于能够储存电力的“蓄电池”。目前，随着各种二次电池的研究不断推进，大容量电池备受人们的期待。而本文观点认为，降低成本是首要问题。
关键词：蓄电池、磷酸铁锂、钠离子电池、稀有金属、电动汽车
前言
为实现碳中和，世界各国正在全面推进可再生能源的进一步普及、出行方式的电动化以及工厂等的CO2减排。而实现这些的关键在于能够储存电力的“蓄电池”。目前，随着各种二次电池的研究不断推进，大容量电池备受人们的期待，然而日本东京大学工学系研究科的山田淳夫教授坚持认为，降低成本是首要问题。以下是关于山田教授的采访内容。
目录
1.开辟新社会可能性的锂电池
2.蓄电池的进一步普及需要人们价值观和行为方式的改变
3.充分利用现有技术的观点
4.不依赖稀有金属的技术将提升蓄电池产业的综合实力
开辟新社会可能性的锂电池
被誉为“改变了世界”的“锂电池”是智能手机和笔记本电脑等各种电子设备普及的基石。2019年，对锂电池开发做出重大贡献的旭化成株式会社的名誉研究员吉野彰等三人荣获诺贝尔化学奖，引起了全社会的广泛关注。
东京大学的山田淳夫教授表示，“虽然蓄电池的开发历史已经超过了150年，但其真正被广泛实际应用的种类却寥寥无几。其中，日本在1990年创造出的锂电池具有开创性的意义。”
“例如，如果智能手机的电源使用传统的镍镉电池，那么它的重量和尺寸至少会是现有智能手机的三倍以上。紧凑、高容量的锂电池对于开发当今常用的轻便、紧凑的便携式设备至关重要，它的问世可以说是一个全球性的重大转折点。”
锂电池实现远程办公（图源网络）
当然，获得诺贝尔奖并不仅仅是因为技术的创新性和过去对社会的贡献。在碳中和和环境问题备受关注的当下，锂电池目前正在为新社会开辟可能性。
其中最为显著的是电动汽车（EV）的普及，此外，还有望应用于各种能源系统，例如利用风力和太阳能等可再生能源的固定式蓄电池以及家用蓄电系统。其中，人们对于未来需要什么样的蓄电池，存在着各种不同的讨论。
“人们很容易认为储存更多的电力会更好，但情况并非总是如此。考虑到社会接受度，存在成本、耐用性、寿命、安全性等各种因素，并且所需特性因应用而异。目前人们最为迫切需要的是降低成本。这是因为要实现碳中和，就需要在社会上应用大量的不同维度的蓄电池，即让蓄电池成为社会基础设施。”
蓄电池的进一步普及需要人们价值观和行为方式的改变
针对不同的应用，确定所需的特性也变得非常重要。这是因为，原则上一种电池很难同时高度满足所有的特性要求。例如，能量密度的提高、寿命的延长和输出功率的增加之间存在着相互制约关系。山田教授认为，确定真正所需的性能对于蓄电池的普及至关重要。
“在电动汽车的使用方面，是否只有追求像油车一样跑得远的大容量和瞬间充电的蓄电池才是正确的选择呢？据称在日本,私家车的平均每日行驶里程为20km左右（根据一般社团法人日本汽车工业协会的2019年度汽车市场趋势调查），据说车辆使用率约为5%。由于剩下的95%都是停在停车场，因此很多时候，像智能手机一样，晚上在家慢慢充电就够了。因此，续航里程在200km以下的轻型电动汽车已经逐渐被社会所接受，此外，日本已经开发出一种系统，可在约15分钟内为安装在大型电动汽车中的100kWh左右的电池充电。但是，超大功率的快速充电不仅会对电池造成负担，还会对电网和受电系统带来沉重负担，并且成本高昂，因此不切实际。”
“在此前提下，可以认为，即使续航里程不算太长，但安全、耐用且可长时间驾驶的电动汽车从环保和经济方面来看更具有优势。而且这是可以基于现有技术实现的。”
山田教授继续说道，未来这种需求还将继续增加。
“随着自动驾驶出租车的普及，可以想象未来私家车的数量将会减少，城市中将有大量的电动汽车行驶。在这种情况下，由于车辆要连续行驶很多短距离，因此在短时间内使用小容量蓄电池并按使用量充电是更为现实。换句话说，与其将汽车充一次电就能跑很远的理想等传统价值观直接应用到蓄电池上，不如从不同的角度去把握蓄电池所需的特性。”
各地开展自动驾驶出租车和自动驾驶巴士的实证实验（示意图）
因此，重要的是如何促进普通消费者的行为改变。对此，山田教授指出，始终向社会展示当前最好的解决方案非常重要。
“这种趋势在海外尤为明显，美国的特斯拉公司就是一个很好的例子。该公司销售的车型中约有70%配备了能量密度较低（续航里程较短）但价格低廉、安全性高且寿命长的“磷酸铁锂离子（LFP）电池”。特斯拉主要将其应用于大众价位的车型，通过让更多人乘坐它，促进人们对电动汽车便利性的理解，并推动市场扩大。在此基础上，特斯拉积极开展合适的、切合实际的、有针对性的研发，迅速将最新技术应用到下一代车型上，从而形成良性循环。”
充分利用现有技术的观点
山田教授谈起，日本过分强调“一击逆转”的想法，因此很多资源都花在了不够优质的技术开发上。
“结果，日本陷入了被其他国家迅速抢占市场份额的恶性循环。如果将资源集中在最终无法实现的风险对象上，与其他国家的差异致命地拉大的话，那将无法挽回。日本亟需围绕如何充分利用现有优秀技术来制定观点和方向。最近，日本政府也意识到了这一点，并公开表达了危机感，表示'日本企业疲惫不堪，可能退出市场’，并宣布了方针转变。”
那么，未来什么样的电池会真正得到普及？山田教授认为，除了上述的成本之外，关键还在于“长寿命”，换言之，就是“增加了时间轴，提高了整体性能”。
“首先是采用特斯拉公司重点研发的LFP作为正极的锂离子电池。LFP电池不仅通过以铁为中心元素降低成本，而且通过结构稳定性提高安全性。即使以当前技术，也可以实现20〜30年的超长寿命。如果我们彻底追求材料技术和温度控制等外围技术，那么延长产品的寿命将不再是梦想。即使能量密度不高，如果存在一直可以使用50到100年的蓄电池，“累积”的能量密度和在生命周期评估方面的优势将大大提升，并且使用此类电池的用户可能会增加。”
此外，山田教授所关注的是东芝公司自主研发的“钛酸锂电池”。虽然能量密度下降了，但其快速充电特性、寿命、循环特性和温度特性都得到了显著提高。即使反复充放电2万次以上，其劣化也很少，据称它正广泛应用在需要可靠性和耐用性的场合如铁路等。
“LFP电池和钛酸锂电池都属于比较新的技术，它们都在2000年代后期才开始实用化，并逐渐开拓市场。在稳步积累经验的同时，利用过去几年迅速赢得市场信任的这些优秀技术，开发蓄电池系统作为满足消费者行为变化所揭示的实际需求的解决方案非常重要，并且长期而言，这些电池也许最终将满足社会的需求。事实上，LFP电池的全球市场份额正在迅速扩大，几年内有望超过50%。”
不依赖稀有金属的技术将提升蓄电池产业的综合实力
然而，这其中也存在顾虑。其中之一就是锂资源的国际市场价格波动剧烈。价格高，是锂电池的短板之一，也是其普及停滞不前的原因之一，而这很大程度上是因为锂价格飙升导致的。
“除此之外，钴、镍、锰等稀有金属的价格也在上涨，中国作为一个全产业链生产和提炼稀有金属的国家，实际上掌握了瓶颈关键。这里面涉及到各种错综复杂的问题，例如法规管制、资源垃圾处理场所的问题等，出现了只有中国才能解决的情况。此外，中国已将抢占蓄电池市场作为国策，并在政府的支持下建立强大的供应链。在这种情况下，据称未来10年电动汽车保有量将增长30倍，随着固定式蓄电池业务等新市场的发展和需求的扩大，我们在日本得到的蓄电池成本真的会下降吗？我们是否会继续依赖稀有金属？如果回收再利用系统步入正轨就好了，但可能会有不得不做出其他判断的时候。”
不使用稀有金属的蓄电池研究例子也有很多，山田教授长年研究的“钠离子电池”就显示了一种可能性。
“比锂离子略大的钠离子虽然在重量和尺寸方面稍逊一筹，但它有很多优点，例如在低温环境下也能很好地发挥作用，而且充电速度也更快。从技术上讲，它已经达到了与5年前的锂电池相当甚至更高的性能水平，虽然还存在初期量产成本等问题，但未来有可能成为选项之一。可以肯定的是，未来社会将更积极地利用蓄电池，因此真正需要的是脚踏实地的努力。我们需要冷静地辨别和利用成熟的基础技术，不断呈现现实可行的未来形象，而不是被花言巧语的新技术或方向迷惑。在商业领域，我希望能够充分利用现有的蓄电池，寻找新的商业机会。”
幸运的是，日本在蓄电技术方面积累了很多经验，并且拥有涉及广泛的要素技术领域的人才储备。日本应该再次关注这个领域，实现研发的同时提高日本蓄电池产业的综合实力。这可能是未来创建富裕社会的突破口。
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